Prosessiautomaatio pinnankorkeusmittauksen koelaitteistoissa
Kotro, Eetu (2014)
Diplomityö
Kotro, Eetu
2014
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2014111946421
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2014111946421
Tiivistelmä
Pinnankorkeuden tunteminen kiehutusvesireaktorin painesäiliössä on erittäin tärkeää sen
turvallisuusvaikutusten takia. Pinnankorkeutta mitataan vesipatsaiden korkeutta
havaitsevien paine-eromittausten avulla. Säteilyturvakeskuksen YVL-ohjeiden mukaan
turvallisuuteen vaikuttavien mittausten täytyy noudattaa moninkertaistus- ja
erilaisuusperiaatteita. Yleensä erilaisuusperiaatetta on toteutettu käyttämällä erityyppisiä
paine-eromittareita, mutta erilaisella fysikaalisella toimintaperiaatteella oleva mittaus olisi
parempi ja toteuttaisi paremmin erilaisuusperiaatetta. Uimurikytkin olisi tällainen
fysikaalisesti eri periaatteeseen perustuva pinnankorkeuden mittauslaite.
Ydinvoimalaan tarkoitettu teknologia tulee kelpoistaa riippumattoman tahon toimesta
ennen käyttöönottoa. Kelpoistamiskokeita varten Lappeenrannan teknillisen yliopiston
Ydinturvallisuuden tutkimusyksikköön rakennettiin vuosina 2011–2013 kaksi
koelaitteistoa. Näillä koelaitteistoilla tutkittiin uimurikytkimien toimintaa ja ominaisuuksia
erilaisissa kiehutusvesireaktorin käyttötilanteissa.
Koelaitteistot tarvitsivat toimiakseen automaatiojärjestelmät, jotka suunniteltiin pääosin
noudattamalla suunnittelun elinkaarimallia sekä automaatiosuunnittelun
sisältökokonaisuuksia. Automaatiojärjestelmien suunnittelu aloitettiin määrittelemällä
koejärjestelyjen asettamat vaatimukset, jonka jälkeen tehtiin teknologiavalinnat.
Seuraavaksi suunniteltiin automaatiojärjestelmien logiikkaohjelmistot, joiden kuvaukseen
tämä työ pääasiassa keskittyy. Logiikkaohjelmistot toteutettiin graafisella National
Instruments LabView -ohjelmointikielellä. Logiikkaohjelmistojen tuli hoitaa
tiedonkeruuta, käyttöautomaatiota, turvallisuustehtäviä sekä kokeisiin liittyviä
erikoistehtäviä. Ohjelmistot saatiin esikokeiden aikana toimimaan halutusti, ja varsinaiset
kokeet voitiin suorittaa ilman merkittäviä ongelmia. Knowledge of the water level inside the reactor pressure vessel of a boiling water reactor
(BWR) is vital for reactor safety. The water level is usually measured using differential
pressure measurements that detect the height of water columns. According to the Finnish
Radiation and Nuclear Safety Authority’s Regulatory Guides on nuclear safety (YVL) all
measurements that have safety implications, shall apply the principles of redundancy and
diversity. Generally the principle of diversity is applied using different brands or types of
differential pressure transducers, but measurements based on different principle of
operation would fit the principle of diversity better. A float switch would fulfill the
specification of different physical principle of operation.
Technology intended to be used in nuclear power plants must be qualified by an
independent operator. In order to perform the qualification tests, two test rigs were
constructed between 2011 and 2013 at Nuclear Safety Research Unit of Lappeenranta
University of Technology. The characteristics and operational performance of the level
switches were studied with the test rigs in different operating conditions of a BWR.
For the operation of the test rigs automation systems were needed. These were designed
according to the life cycle model of design and contents of automation design process.
Design of the systems was started by defining requirements imposed by the different test
procedures. Then decision about the automation technology was made. In the next phase
the measurement and control programs were designed. The main topic of this Master’s
Thesis is the description of these programs. The measurement and control programs were
built using National Instruments graphic LabView-code. These measurement and control
programs had to be able to handle data acquisition, process automation, safety functions
and some special tasks during multiple test procedures. After pretests these programs
functioned as planned and the actual tests could be carried out without any major
problems.
turvallisuusvaikutusten takia. Pinnankorkeutta mitataan vesipatsaiden korkeutta
havaitsevien paine-eromittausten avulla. Säteilyturvakeskuksen YVL-ohjeiden mukaan
turvallisuuteen vaikuttavien mittausten täytyy noudattaa moninkertaistus- ja
erilaisuusperiaatteita. Yleensä erilaisuusperiaatetta on toteutettu käyttämällä erityyppisiä
paine-eromittareita, mutta erilaisella fysikaalisella toimintaperiaatteella oleva mittaus olisi
parempi ja toteuttaisi paremmin erilaisuusperiaatetta. Uimurikytkin olisi tällainen
fysikaalisesti eri periaatteeseen perustuva pinnankorkeuden mittauslaite.
Ydinvoimalaan tarkoitettu teknologia tulee kelpoistaa riippumattoman tahon toimesta
ennen käyttöönottoa. Kelpoistamiskokeita varten Lappeenrannan teknillisen yliopiston
Ydinturvallisuuden tutkimusyksikköön rakennettiin vuosina 2011–2013 kaksi
koelaitteistoa. Näillä koelaitteistoilla tutkittiin uimurikytkimien toimintaa ja ominaisuuksia
erilaisissa kiehutusvesireaktorin käyttötilanteissa.
Koelaitteistot tarvitsivat toimiakseen automaatiojärjestelmät, jotka suunniteltiin pääosin
noudattamalla suunnittelun elinkaarimallia sekä automaatiosuunnittelun
sisältökokonaisuuksia. Automaatiojärjestelmien suunnittelu aloitettiin määrittelemällä
koejärjestelyjen asettamat vaatimukset, jonka jälkeen tehtiin teknologiavalinnat.
Seuraavaksi suunniteltiin automaatiojärjestelmien logiikkaohjelmistot, joiden kuvaukseen
tämä työ pääasiassa keskittyy. Logiikkaohjelmistot toteutettiin graafisella National
Instruments LabView -ohjelmointikielellä. Logiikkaohjelmistojen tuli hoitaa
tiedonkeruuta, käyttöautomaatiota, turvallisuustehtäviä sekä kokeisiin liittyviä
erikoistehtäviä. Ohjelmistot saatiin esikokeiden aikana toimimaan halutusti, ja varsinaiset
kokeet voitiin suorittaa ilman merkittäviä ongelmia.
(BWR) is vital for reactor safety. The water level is usually measured using differential
pressure measurements that detect the height of water columns. According to the Finnish
Radiation and Nuclear Safety Authority’s Regulatory Guides on nuclear safety (YVL) all
measurements that have safety implications, shall apply the principles of redundancy and
diversity. Generally the principle of diversity is applied using different brands or types of
differential pressure transducers, but measurements based on different principle of
operation would fit the principle of diversity better. A float switch would fulfill the
specification of different physical principle of operation.
Technology intended to be used in nuclear power plants must be qualified by an
independent operator. In order to perform the qualification tests, two test rigs were
constructed between 2011 and 2013 at Nuclear Safety Research Unit of Lappeenranta
University of Technology. The characteristics and operational performance of the level
switches were studied with the test rigs in different operating conditions of a BWR.
For the operation of the test rigs automation systems were needed. These were designed
according to the life cycle model of design and contents of automation design process.
Design of the systems was started by defining requirements imposed by the different test
procedures. Then decision about the automation technology was made. In the next phase
the measurement and control programs were designed. The main topic of this Master’s
Thesis is the description of these programs. The measurement and control programs were
built using National Instruments graphic LabView-code. These measurement and control
programs had to be able to handle data acquisition, process automation, safety functions
and some special tasks during multiple test procedures. After pretests these programs
functioned as planned and the actual tests could be carried out without any major
problems.